一种光控双向晶闸管的设计制造技术

本发明专利技术是对光控双向晶闸管的设计。设计了一种新的锥形槽状光敏门极结构，在器件的两个晶闸管内均采用了带短路点的放大门极结构，在放大门极部位采用了槽状结构，两个晶闸管的阴极图形采用了扇形结构。在工艺上，用Ｂ－Ａｌ乳胶源完成Ｐ型扩散，用ＰＯＣｌ－［３］完成Ｎ型扩散，用Ｍ１４的金刚砂研磨形成锥形槽，并用透光性很好的ＳＰ胶来钝化的一小台面，为保证Ｔ－［２］端放大门极起作用，先在其上蒸发一层耐高温的金属膜，然后再在金属层上沉积上一层绝缘膜，最后再进行烧结。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是对200～500A，1000～1200V光控双向晶闸管的设计。现有的中心门极光触发的双向晶闸管的光敏区结构是一横穿整个隔离区的v型槽，因此，影响了器件的电压等级和成品率，不利于器件向大功率方向发展。目前，国外光控双向晶闸管的电流容量在200A以下，耐压在1000V以下，国内在这方面的研究，尚属空白。本专利技术的目的是为了提高器件的电流容量和耐压，提高器件换向dv/dt耐量和换向di/dt耐量，改善器件的动态dv/dt耐量和di/dt耐量，保证器件在两个方向上光触发灵敏度一致。本专利技术在设计上作了以下改进(1)新型的中心锥型槽光敏门极结构(附图说明图1.a)。这种结构在很大程度上“屏蔽”了器件两个晶闸管(Pe1Nb1Pb1Ne1和Pe2Nb2Pb2Nb2)之间的相互干扰，即当一个晶闸管处于开通状态，另一个晶闸管处于关断状态时，由于锥形槽处在两个晶闸管之间的中心门级部位，阻挡了在换向过程中，门极附近开通一侧的残余载流子向阻断一侧扩散，而这一扩散电流是造成器件换向失败的主要原因。另一方面，由于两个晶闸管的正向阻断结均延伸到这个锥形的光敏区，其空间电荷区在这一小内台面上展宽，来自发光二极管的光通过照射到正向阻断结的空间电荷区及其附近的N基和P基区来发挥其效果，达到触发器件的作用，因此可以保证两个晶闸管的触发灵敏度大致相同。(2)在器件的两个晶闸管内采用了放大门极结构(图2.b)。因为光控双向晶闸管是高灵敏度器件，为提高其触发灵敏度和器件的di/dt耐量，放大门极宽度往往设计的较宽，这样将使器件的dv/dt耐量降低，为解决这一矛盾，我们在放大门极上设置了一排短路点。(图1.c图2.c)。它可以有效地旁路掉由于dv/dt效应而产生的位移电流，避免了dv/dt误触发作为。(3)在器件的放大门极部位采用了槽状结构(图2.d)，以提高器件的光触发灵敏度，保证两个放大门极在导通过程中，能充分有效地起作用。(4)两个晶闸管的阴极图形呈扇形结构(图1)，加宽了两个晶闸管之间隔区的宽度，以进一步提高器件的换向能力，减小两个晶闸管之间的相互干扰。在工艺上，用硼一铝乳胶源完成P型扩散，代替常规的闭管镓或镓铝扩散，用三氯氧磷液态源完成N型扩散;用HF，HNO3，CH3COOH，H2O四种成份的腐蚀液挖槽，用金刚砂研磨的方法完成光敏区的锥形槽造型，用透光性好的钝化膜来钝化锥形槽。为了保证T2端放大门极在烧结后也能充分有效地起作用，我们采用了以下措施先在放大门极上蒸发上一层耐高温(700℃以上)的金属膜(图2.e)，然膈再用LPCVD方法在槽内沉积上一层绝缘膜(图2.f)，最后再进行烧结。本专利技术与现有技术相比，可以实现器件的大电流，高电压，可获得高换向能力，即高换向dv/dt、di/dt耐量，改善器件的动态dv/dt、di/dt耐量，并能通过调节挖槽深度来灵活调整器件的光触发灵敏度，使器件在两个方向上触发灵敏度一致。因此，较好地协调了光触发灵敏度和器件dv/dt、di/dt耐量之间的矛盾。图1是本专利技术的光控双向晶闸管管芯的俯视图。图2是本专利技术的光控双向晶闸管管芯的剖面图。实现本专利技术，在设计上，可取硅片直径φ＝30～40mm，厚度H＝0.35mm，电阻率ρ＝50～60Ωcm，锥形槽的半径ro＝2mm，其它版图尺寸随电流容量不同而不同。在工艺上，用B-Al乳胶源完成P型扩散，扩散表面杂质浓度为2×1018～8×1018cm-3，结深为78-85μm，N型扩散用POCl3液态源扩散，表面浓度为6×1020～1×1021cm-3，结深为22～24μm，用HF∶HNO3∶CH3COOH∶H2O＝1∶8∶1∶0.5的腐蚀液来挖槽，可获得槽底平整，槽形好的腐蚀槽，为保证器件的光触发灵敏度一致性好，T2端槽的深度要比T1端的深4～5μm，用M14的金刚砂来研磨形成锥形槽，用SP胶来钝化这一小内台面，先在放大门极上蒸发上一层Cr和Ni金属，然后再在750℃和830℃下用LPCVD方法分别沉积上一层Si3N4和SiO2，最后在675℃下真空烧结。用这种设计和工艺研制出的器件的主要参数如下额定通态电流(有效值) 200～500A正、反向重复峰值电压 1000～1200v触发电流 50～200mA通态峰值压降 1.3～1.8v换向dv/dt耐量 ≥100v/μs换向di/dt耐量 ≥50A/μs＊dv/dt耐量 ≥200v/μs本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种２００～５００Ａ，１０００～１２００Ｖ光控双向晶闸管其特征在于：其具有锥形槽状光敏区。

【技术特征摘要】
1.一种200～500A，1000～1200V光控双向晶闸管其特征在于其具有锥形槽状光敏区。2.一种200～500A，1000～1200V光控双向晶闸管其特征在于其具有带短路点的放大门极。3.一种200～500A，1000～1200V光控双向晶闸管其特征在于其具有放大门极处的槽状结构。4.一种200～500A，1000～1200V光控双向晶闸管其特征在于其具有扇形结构的阴极图形。5.一种200～500A，1000～120...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵善麒，高鼎三，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：22[中国|吉林]